出品：科普中国
制作：航天面面观
监制：中国科学院计算机网络信息中心
2018年12月，我国将在西昌卫星发射中心利用长征三号乙改进型运载火箭发射嫦娥四号的着陆器和巡视器（月球车），对月球背面南极附近的艾特肯盆地开展着陆巡视探测，实现人类首次月球背面软着陆和巡视勘察。不可否认，嫦娥四号任务将是2018年我国航天领域的最大亮点！不知道有多少航天迷和我一样期盼着这次发射。
那么，嫦娥四号落在月球的哪个地方？乘坐什么“交通工具”？又带了哪些“行囊”？此次任务有何亮点？……接下来就由我带大家详细了解一下嫦娥四号。
去哪里？人类首次月球背面软着陆
在过去的半个多世纪里，人类已经发射了100多个月球探测器，其中有65个月球着陆器，但仅有不载人的环月轨道器和载人的“阿波罗号”看到过月球背面，至今没有任何一个月球探测器能够实现在月球背面着陆，目前得到的有关月球背面信息，都是通过遥感探测和所拍照片获得的。
2013年12月，“嫦娥三号”成功降落在月球正面雨海北部区域，实现了我国航天器在地外天体的软着陆，通过月球车实现了月面行走。
作为嫦娥三号探测器的“备份星”，嫦娥四号在设计、制造和性能上，都与嫦娥三号基本相同。刚开始很多专家都认为嫦娥四号还是落到月球正面，觉得这样比较牢靠，技术风险小，不要节外生枝了。但是嫦娥一号总指挥兼总设计师、“嫦娥”系列月球探测器总指挥兼总设计师顾问叶培健院士主张落到月球背面。
叶院士认为，落到月球背面，如果成功了是一大亮点；如果不成功，因为这是人类第一次，也可以原谅。正面我们已经去过了，轻车熟路，基本没什么风险，但凭借着敢创新、敢冒险的精神，提出了着陆在月球背面的方案，经过深入论证和多方案反复比较，最终决定，让嫦娥四号着陆在月球背面！
嫦娥四号预着陆区（45°S-46°S,176.4°E-178.8°E）初步选定为月球背面南极-艾特肯（SouthPole-Aitken，SPA）盆地内的冯·卡门（VonKármán）撞击坑内。选择月球背面接近南极的艾特肯盆地着陆，因为这里是国际关注的热点，被科学家认为最有可能出科研成果的地方。这里被认为是太阳系内最大、最古老的撞击坑，保存了原始月壳的岩石，具有极高的科学研究价值。艾特肯盆地是太阳系中已知的最大撞击构造，是回答关于月球的几个重要问题的关键区域。
确定交通工具：长征三号乙改进型火箭
嫦娥四号着陆器巡视器组合体将由长征三号乙改进型运载火箭在西昌卫星发射中心发射升空，发射后进入地月转移轨道。着巡组合体在近月点实施制动，实现月球捕获，进入100km×100km环月圆轨道。
承担嫦娥四号发射任务的长征三号乙改进型火箭，是长征三号乙火箭的升级版。它拥有更强的运载能力、更高的入轨精度、更强的发射可靠性、更“人性化”的设计。
（图片来源: 新浪微博@航天面面观）
带什么去？嫦娥四号的“行囊”
目的地确定了，“交通工具”也确定了，38万公里的非凡旅程，为了降落到月球背面开展研究，航天科技人员不知耗费了多少心血。为了获得第一手科研数据、实现科学目标，最直接的工具就是有效载荷（有效载荷是指航天器上装载的为直接实现航天器在轨运行要完成的特定任务的仪器、设备、人员、试验生物及试件等。）。
根据任务特点及科学目标，科学家们会研制不同仪器设备，嫦娥四号的科学探测任务包括利用月球背面的有利条件开展低频射电天文观测、着陆区地质特征、粒子辐射环境探测、巡视区月表形貌与地质构造调查、月表物质成分和资源勘察、月球次表层结构探测。根据这些科学探测任务目标，嫦娥四号将配置什么载荷呢？
（图片来源: 新浪微博@航天面面观）
与嫦娥三号类似，嫦娥四号的着陆器上仍装有降落相机、地形地貌相机；巡视器上的全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪都被保留。新增载荷则包括，着陆器上，有德国基尔大学的月球中子及辐射剂量探测仪，还有低频射电频谱仪；巡视器上，增加了和瑞典合作的中性原子探测仪；同时也去掉了一些载荷，包括着陆器上的月基光学望远镜、极紫外相机；巡视器上的粒子激发X射线谱仪。
其中，上面效果图里出现的三根大天线就是上面提到的“低频射电频谱仪”，由中科院相关单位研制。预计在2019年3月左右，嫦娥四号将释放3根5米长的接收天线，每根天线都与其他天线成直角，在月球背面开展低频射电探测。
从嫦娥四号探测器载荷配置来看，可以说国际合作，亮点纷呈，发挥特长，成果共享。相信在以后的深空探测任务中，我们会更加注重国际合作，2018年10月1日，中国工业和信息化部副部长、国家航天局局长张克俭在第69届国际宇航大会上宣布，中国愿意与各国开展航天合作，将在嫦娥六号的轨道器和着陆器上为国际合作伙伴提供10公斤的载荷。
除了国际合作载荷外，值得一提的是，国内高校也加入了载荷研制队伍。2016年9月20日，为期近10个月的“月球探测载荷创意设计征集活动”在北京落下帷幕。来自中科院地质与地球物理所和西安光机所团队设计的“CCD图像传感器月尘探测仪”、浙江大学团队设计的“月卫立方星”、重庆大学团队设计的“月球卫星循环生态系统”等三项创意设计获得一等奖。
此次将登陆月球背面的就是其中的一个创意设计，由教育部深空探测中心牵头、依托重庆大学联合28所大学研发的生物科普试验载荷将一个小型生物圈送上月球，开展相关科学研究。
这次实验虽然需要克服诸多困难，但意义深远，它将成为人类首次月面生物实验，对人类未来在地外星球生存具有重大意义。
怎么着陆？“鹊桥”牵线搭桥
在环月圆轨道运行期间，嫦娥四号将择机实施轨道机动，进入100km×15km的椭圆轨道，并择机在近月点实施动力下降。整个动力下降过程分为6个阶段：主减速段、快速调整段、接近段、悬停段、避障段、缓速下降段。
（图片来源: 《深空探测学报》）
嫦娥四号着陆区为月球背面，相对嫦娥三号着陆区地形起伏程度明显增加，为了不撞到峭壁，将采取近乎垂直的着陆方式。通俗的讲，嫦娥三号相当于在华北平原着陆，嫦娥四号则相当于在崇山峻岭的云贵川地区着陆！
着陆器、巡视器组合体在着陆时，今年5月份发射升空并进入使命轨道的“鹊桥号”中继星就要大显身手了，它将与地面建立上下行通信链路，将拍摄的月面图像传回地球。
（图片来源: 中国航天科技集团）
（图片来源: 中国航天科技集团）
探测器、地球、月球之间将架起一座通信的“桥梁”，鹊桥号，期待你的精彩表现哦！
月球车升级！避免出现“玉兔号”故障
着陆器巡视器组合体落月后，巡视器，也就是月球车将通过转移机构驶离着陆器到达月球表面。
2013年12月，玉兔号月球车行驶到月面后，它的一举一动都牵动着38万公里外那个蓝色星球上人们的心。2014年初，玉兔号在进入第二个月夜之前，就出现了电缆短路故障，故障始终未能排除，导致玉兔号月球车不能继续行进。玉兔号月球车最终在月球上只累积行驶了约114.8m。按原计划，玉兔号月球车将在月球背面行驶10公里。
到底是什么原因导致了电缆短路呢？地面任务团队为此进行了认真分析，最终将原因认定为裸露在外的电缆发生刮擦，导致短路，最终导致玉兔号月球车不能继续行进。
在温差达300摄氏度的月球表面，裸露在外的电缆极易出现故障，如今科研人员吸取这一教训，对嫦娥四号月球车电缆进行了最小化的裸露改进，还针对钩挂、摩擦等应用场景做了上千次试验，提升了月球车整体可靠性。
▲探月工程嫦娥四号任务月球车全球征名活动启动仪式在北京举行。图为中国工程院院士、探月工程总设计师吴伟仁介绍嫦娥四号任务月球车的相关情况。1:1比例模型。真实的月球车就这么大。（图片来源:新华社）
2018年8月15日，探月工程嫦娥四号任务月球车全球征名活动启动仪式在北京举行，月球车1：1比例模型也同时亮相。据了解，嫦娥三号着陆器和月球车设计寿命分别为1年和3个月，但实际上着陆器目前仍在运行，如今的嫦娥四号月球车设计寿命也是3个月，运行时间预计将比玉兔号更长。
嫦娥四号月球车周身银光闪闪，耀眼夺目，实际上它外面包裹的这一层“白银圣衣”是为了反射月球白昼的强光，降低昼夜温差，同时阻挡宇宙中各种高能粒子的辐射，来支持和保护月球车搭载的多套科学探测仪器。据了解，月球车采用的是在月昼时工作、月夜时休眠的作息模式。在经历了月夜期间极低的温度后，可伸缩的太阳能电池帆板在夜晚自动收起来，搭成一个小房子的样子，将仪器设备都包在里面。从而保护各种仪器不会被冻坏，确保月球车有剩余电力自动苏醒。
此外，月球车后方翘起来的两根天线是测月雷达载荷，它有两个频段，用以实现月表之下100m之内的穿透成像，可以探测出国际上第一幅月背剖面图，有望在国际上建立集地形地貌、浅层结构、物质成分于一体的综合地质剖面和演化模型，获得对月球早期演化历史的新认知。
为了保证仪器设备在月夜零下180℃的环境中不被冻坏，月球车还配置了同位素热源，为仪器设备供热。
通过前面的介绍，相信大家对嫦娥四号任务已经有了详细的了解，接下来要做的就是关注嫦娥四号的发射、着陆，更多精彩，敬请期待！
（本文中标明来源的图片均已获得授权）
文章摘自科普中国
